RU2184904C2

RU2184904C2 - Electric steam water heater

Info

Publication number: RU2184904C2
Application number: RU2000118110/06A
Authority: RU
Inventors: Д.П. Лебедев; В.Н. Расстригин; Д.А. Тихомиров
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-07-10

Abstract

FIELD: farming; steaming and washing milk lines, milk equipment, containers, pasteurization of milk, preparation and steaming fodder, heat treatment of vegetables and fruit, sanitary purposes and other technological processes at stock-rearing farms, milk processing lines and shops. SUBSTANCE: reservoir of steam water heater is made in single heat-insulated housing together with electric steam superheater mounted in form of separate detachable section above surface of water higher than separator. Steam superheater is communicated with steam water heater through holes for passage of steam. Tubular electric heaters are coated with porous layer of metal, for example copper, 0.3 to 0.5 mm thick over entire external active surface. EFFECT: reduced thermal losses into surrounding medium; increased specific thermal loads on heating elements in liquid boiling mode; reduced time required for attaining required mode of steam superheater. 1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для раздельного получения пара и горячей воды в одном устройстве при работе в открытых системах горячего паро- и водоснабжения и может быть использовано для пропаривания и промывки молокопроводов, молочного оборудования, тары, пастеризации молока, приготовления и запарки кормов, термической обработки овощей и фруктов, санитарно-гигиенических нужд и в других технологических процессах на животноводческих фермах, линиях и цехах по переработке молочной продукции. The invention relates to agriculture and is intended for the separate production of steam and hot water in one device when working in open systems of hot steam and water supply and can be used for steaming and washing milk pipelines, dairy equipment, containers, pasteurization of milk, preparation and storage of feed, thermal processing of fruits and vegetables, sanitary and hygienic needs and other technological processes on livestock farms, lines and workshops for the processing of dairy products.

Известны установки для производства пара и горячей воды электродного типа разработок ВНИИЭТО типа КЭПР, ЭПЗ, КЭВ (см. книгу Н.Б. Каган и др. "Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства". 1980 г., с.84-107). There are known installations for the production of steam and hot water of the electrode type developed by VNIIETO of the type KEPR, EPZ, KEV (see the book by NB Kagan and others. "Electrothermal equipment for agricultural production". 1980, p. 84-107).

Однако они не позволяют в одном устройстве вырабатывать пар и горячую воду. However, they do not allow steam and hot water to be generated in one device.

Передвижной пароводонагреватель электродного типа, разработанный НПО "Казсельхозмеханизация" (см. научно-теоретический журнал "Техника в сельском хозяйстве", 4, 1991 г., с. 37-38), позволяет получить пар и горячую воду в одном устройстве. A mobile electrode-type steam heater, developed by Kazselkhozmekhanizatsiya NPO (see the scientific and theoretical journal Engineering in Agriculture, 4, 1991, pp. 37-38), allows you to get steam and hot water in one device.

Недостатками этого устройства являются низкая температура пара - до 107^oС, большие массогабаритные показатели, ограниченность применения. Его основное назначение - санитарная обработка помещений. В целом для электродных установок, ввиду зависимости теплопроизводительности от удельного электрического сопротивления нагреваемой воды и ограничение по удельной напряженности электрического поля вследствие возможного электрического пробоя и разложения воды, характерны нестабильность работы, необходимость химической подготовки и постоянного контроля качества воды. В условиях сельского хозяйства это приводит к серьезным проблемам при их эксплуатации. Для приготовления горячей воды и ее разбора, как правило, требуются дополнительные теплообменные устройства.The disadvantages of this device are the low temperature of the steam - up to 107 ^o C, large overall dimensions, limited application. Its main purpose is sanitary treatment of premises. In general, for electrode installations, due to the dependence of heat production on the electrical resistivity of the heated water and the limitation on the specific electric field strength due to possible electrical breakdown and decomposition of water, instability of work, the need for chemical preparation and constant monitoring of water quality are characteristic. In agriculture, this leads to serious problems in their operation. For the preparation of hot water and its analysis, as a rule, additional heat exchange devices are required.

Электрическая пароводогрейная установка для выработки пара и горячей воды в одном устройстве (а.с. СССР 1437608, МКИ F 22 В 1/28. БИ 42, 88 г.) содержит корпус с коаксиально расположенным внутри цилиндром, нагревательное устройство, датчик уровня с усилителем, поплавковый регулятор подпитки, электромагнитный клапан, патрубки подвода холодной воды и отбора пара и горячей воды, вентили, терморегулятор, бойлер, циркуляционный насос, манометр. An electric steam-heating installation for generating steam and hot water in one device (AS USSR 1437608, MKI F 22 V 1/28. BI 42, 88) contains a housing with a cylinder coaxially located inside the heater, a heating device, a level sensor with an amplifier , float feed controller, solenoid valve, nozzles for supplying cold water and extraction of steam and hot water, valves, thermostat, boiler, circulation pump, pressure gauge.

Недостатками ее являются низкая температура пара на выходе, которая не превышает 107^oС, что для некоторых технологических процессов сельского хозяйства недостаточно, невысокая надежность поплавкового регулятора подпитки воды, длительный по времени переход с режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды, достаточно высокая скорость образования накипи на нагревательных элементах без предварительной водоподготовки, высокий уровень тепловых потерь.Its disadvantages are the low temperature of the steam at the outlet, which does not exceed 107 ^o C, which is insufficient for some agricultural processes, the low reliability of the float regulator for water recharge, the long transition from the steam generation mode to the hot water preparation mode, and a rather high rate of formation scale on heating elements without prior water treatment, high level of heat loss.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электропароводонагреватель, содержащий пароводонагреватель, соединенный трубопроводами с предварительным подогревателем воды и электрическим пароперегревателем, патрубки отбора теплоносителей и использующий в качестве нагревательных элементов трубчатые электронагреватели. Одновременно электропароводонагреватель снабжен необходимой контрольно-измерительной и защитной аппаратурой, а также элементами автоматического управления, позволяющими управлять процессом получения пара и горячей воды в установке (патент на изобретение RU 2147101 C1, 7 F 22 B 1/28 от 26.05.99). The closest in technical essence to the present invention is an electric steam heater containing a steam heater connected by pipelines to a water pre-heater and an electric superheater, heat transfer pipes and using tubular electric heaters as heating elements. At the same time, the electric steam heater is equipped with the necessary control and measuring and protective equipment, as well as automatic control elements that allow controlling the process of generating steam and hot water in the installation (patent for invention RU 2147101 C1, 7 F 22 B 1/28 of 05.26.99).

Недостатками этого электропароводонагревателя являются пониженный уровень энергосбережения, вызванный наличием выносного пароперегревателя, что создает дополнительные потери тепла в окружающую среду; низкий уровень удельных тепловых нагрузок нагревательных элементов в процессе кипения жидкости в пароводонагревателе; недостаточная компактность и жесткость конструкции установки; повышенное время выхода на режим электрического пароперегревателя (8-10 мин). The disadvantages of this electric steam heater are the reduced level of energy saving caused by the presence of an external superheater, which creates additional heat loss to the environment; low specific heat loads of the heating elements during the boiling of the liquid in the steam heater; insufficient compactness and rigidity of the installation design; increased time to enter the electric superheater mode (8-10 min).

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение тепловых потерь в окружающую среду, увеличение удельных тепловых нагрузок на нагревательные элементы в режиме кипения жидкости, снижение массогабаритных показателей электропароводонагревателя, повышение жесткости конструкции установки, снижение времени выхода пароперегревателя на рабочий режим. The objective of the invention is to reduce heat loss to the environment, increase the specific heat load on the heating elements in the liquid boiling mode, reduce the overall dimensions of the electric steam heater, increase the rigidity of the installation, reduce the time it takes the superheater to operate.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность снизить тепловые потери в пароперегревателе на 25% и поднять кпд аппарата до 98%, сделать установку более компактной и надежной по конструкции, снизить массогабаритные показатели и металлоемкость нагревательных элементов без изменения их мощности, сократить время выхода на режим пароперегревателя до 3-5 мин. As a result of using the present invention, it becomes possible to reduce heat loss in a superheater by 25% and increase the efficiency of the apparatus to 98%, make the installation more compact and reliable in design, reduce the overall dimensions and metal consumption of heating elements without changing their power, and reduce the time required to reach a superheater mode up to 3-5 minutes

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в пароводонагревателе емкость нагрева воды и образования насыщенного пара выполнена в едином цилиндрическом теплоизолированном корпусе совместно с электрическим пароперегревателем, установленным в виде отдельной съемной секции в корпус пароводонагревателя над механическим сепаратором. Пароперегреватель сообщается с емкостью нагрева воды и образования насыщенного пара посредством двух отверстий для прохода теплоносителя, который затем проходит вдоль поверхности ребер электрических нагревательных элементов. Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) пароводонагревателя по всей внешней активной поверхности покрыты методом напыления пористым слоем металла, например меди, толщиной 0,3-0,5 мм, позволяющим существенно повысить интенсивность теплообмена с жидкостью при кипении и увеличить удельную тепловую нагрузку на нагревательный элемент. При толщинах пористого слоя металла, например меди, меньше 0,3 мм и больше 0,5 мм уменьшается в процессе кипения коэффициент теплоотдачи от нагревателя к кипящей жидкости. Для удобства технического обслуживания пароводонагревателя конструкция пароперегревателя выполнена съемной. The above technical result is achieved in that in the steam heater, the capacity for heating water and the formation of saturated steam is made in a single cylindrical heat-insulated casing together with an electric superheater installed as a separate removable section in the casing of the steam heater above a mechanical separator. The superheater communicates with the capacity of heating the water and generating saturated steam through two openings for the passage of the coolant, which then passes along the surface of the fins of the electric heating elements. Tubular electric heaters (TENs) of the steam heater over the entire outer active surface are coated by spraying with a porous layer of metal, for example copper, 0.3-0.5 mm thick, which can significantly increase the rate of heat exchange with the liquid during boiling and increase the specific heat load on the heating element. When the thickness of the porous metal layer, for example copper, is less than 0.3 mm and more than 0.5 mm, the heat transfer coefficient from the heater to the boiling liquid decreases during the boiling process. For the convenience of maintenance of the steam heater, the design of the superheater is removable.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена общая схема устройства электропароводонагревателя. The invention is illustrated in the drawing, which presents a General diagram of a device for an electric steam heater.

Пароводонагреватель 1 содержит размещенные в одном теплоизолированном цилиндрическом корпусе 2 емкость нагрева воды и образования насыщенного пара 3 и секцию перегрева пара 4 (электрический пароперегреватель). В нижней части емкости 3 для нагрева воды размещен блок трубчатых электронагревателей 5 с напыленным пористым слоем металла, например меди, по всей активной поверхности каждого нагревательного элемента. Для уменьшения влажности пара применен механический сепаратор 6. Секция перегрева пара 4 содержит две металлические пластины, из которых нижняя 7 представляет собой основание пароперегревателя 4, а верхняя 8 связана крепежными деталями с нижней 7 и расположена под верхним фланцем 9 корпуса 2. По краям нижней пластины 7 выполнены два отверстия 10, расположенные диаметрально по отношению друг к другу, для входа пара (воды) из емкости 3. В середине верхней пластины 8 имеется отверстие 11 для выхода перегретого пара (воды), связанное с трубопроводом отбора теплоносителей 12. Между пластинами 7 и 8 установлены оребренные трубчатые электронагреватели 13, направляющие 14. Для установки пароперегревателя 4 служат держатели 15. На трубопроводе 12 установлены устройство для сброса пара и выпуска воздуха 16, электроконтактный манометр 17 для контроля и регулирования давления пара, предохранительный клапан 18, указатель температуры 19, вентили 20, 21 для разбора горячей воды и пара потребителем. На корпусе 2 установлены водомерная колонка 22, датчик 23 для отключения нагревателей во всех режимах при аварийном снижении уровня воды, верхний 24 и нижний 25 датчики уровня воды для управления электромагнитным клапаном 26 автоматической подпитки воды. Для регулирования температуры воды в корпусе 2 установлен датчик температуры 27. На трубопроводе подачи холодной воды 28 установлены вентиль подачи холодной воды 29, вентиль 30 на байпасной линии 31, электромагнитный клапан 26, предварительный подогреватель 32 с нагревателем 33. Предварительный подогреватель воды 31 соединен с пароводонагревателем 1 трубопроводом 34, на котором расположены обратный клапан 35, пробка слива воды 36 из пароводонагревателя 1, предохранительный клапан 37 и запорный вентиль 38. The steam heater 1 comprises a tank for heating water and generating saturated steam 3 and a section for superheating steam 4 (electric superheater) located in one thermally insulated cylindrical body 2. In the lower part of the tank 3 for heating water, a block of tubular electric heaters 5 with a deposited porous layer of metal, such as copper, is placed over the entire active surface of each heating element. To reduce steam humidity, a mechanical separator 6 was used. The steam superheat section 4 contains two metal plates, of which the bottom 7 is the base of the superheater 4, and the top 8 is connected by fasteners to the bottom 7 and is located under the upper flange 9 of the housing 2. At the edges of the lower plate 7, two holes 10 are made, diametrically relative to each other, for the entry of steam (water) from the tank 3. In the middle of the upper plate 8 there is an opening 11 for the exit of superheated steam (water) connected to the pipeline heat carrier boron 12. Between the plates 7 and 8, finned tubular electric heaters 13, guides 14 are installed. Holders 15 are used to install the superheater 4. A device for venting steam and discharging air 16 is installed on the pipe 12, an electric contact pressure gauge 17 for monitoring and regulating the steam pressure, safety valve 18, temperature gauge 19, valves 20, 21 for analysis of hot water and steam by the consumer. A water meter column 22, a sensor 23 for disconnecting heaters in all modes during an emergency decrease in water level, an upper 24 and a lower 25 water level sensors for controlling an electromagnetic valve 26 for automatic water make-up are installed on housing 2. To regulate the water temperature in the housing 2, a temperature sensor 27 is installed. A cold water supply valve 29, a valve 30 on the bypass line 31, an electromagnetic valve 26, a pre-heater 32 with a heater 33 are installed on the cold water supply pipe 28. The water pre-heater 31 is connected to the steam heater 1 by a pipe 34, on which a non-return valve 35, a water drain plug 36 from a steam heater 1, a safety valve 37 and a shut-off valve 38 are located.

Электропароводонагреватель работает следующим образом. Electric steam heater operates as follows.

В режиме производства пара холодная вода из магистрального водопровода через вентиль 29 и открытый электромагнитный клапан 26 по трубопроводу 28 поступает в предварительный подогреватель 32, где происходит ее подогрев. Вентиль 30 закрыт. Поступая по трубопроводу 34 через обратный клапан 35 и открытый вентиль 38 в пароводонагреватель 1, вода заполняет его. При этом, по достижении водой нижнего датчика уровня 25, включаются электронагревательные элементы 5, а при достижении водой положения верхнего датчика уровня 24 автоматически отключается электромагнитный клапан 26, перекрывая подачу холодной воды. In the mode of steam production, cold water from the main water supply through the valve 29 and the open solenoid valve 26 through the pipe 28 enters the pre-heater 32, where it is heated. Valve 30 is closed. Entering through the pipe 34 through the check valve 35 and the open valve 38 in the steam heater 1, water fills it. In this case, when the water reaches the lower level sensor 25, the electric heating elements 5 are turned on, and when the water reaches the position of the upper level sensor 24, the solenoid valve 26 is automatically turned off, blocking the supply of cold water.

Работа электропароводонагревателя основана на косвенном нагреве воды и превращении ее в пар (в паровом режиме). При этом нагрев и испарение воды производится посредством передачи теплоты от нагревательных элементов сопротивления 5, помещенных в нагреваемую жидкость внутри емкости 3 пароводонагревателя 1. В ней происходит нагрев воды и выработка насыщенного пара с температурой до 110^oС, и сепарация. Выработка пара осуществляется при рабочем давлении до 0,07 МПа. Для повышения температуры пара служит пароперегреватель 4. Поступающий в него насыщенный пар из емкости 3 пароводонагревателя 1 через отверстия 10 нижней пластины 7, посредством направляющих 14 проходит вдоль ребер нагревательных элементов 13, нагревается до заданной температуры и отводится к потребителю через отверстие 11 верхней пластины 8 по трубопроводу 12 через открытый паровой вентиль 21. Контроль за давлением и температурой пара осуществляется по манометру 17 и указателю температуры 19.The operation of an electric steam heater is based on indirect heating of water and turning it into steam (in steam mode). In this case, heating and evaporation of water is carried out by transferring heat from resistance heating elements 5, placed in a heated liquid inside the tank 3 of the steam heater 1. In it, water is heated and saturated steam is generated with a temperature of up to 110 ^o С, and separation. Steam generation is carried out at a working pressure of up to 0.07 MPa. To increase the temperature of the steam, a superheater 4 is used. The saturated steam entering it from the tank 3 of the steam heater 1 through the holes 10 of the lower plate 7, through the guides 14 passes along the fins of the heating elements 13, is heated to a predetermined temperature and is discharged to the consumer through the hole 11 of the upper plate 8 the pipe 12 through an open steam valve 21. The pressure and temperature of the steam are monitored by a pressure gauge 17 and a temperature gauge 19.

В водогрейном режиме заполнение водой пароводонагревателя 1 происходит через открытые вентили 29, 30, 38 по трубопроводам 28, 31, 34. Электромагнитный клапан 26 закрыт, предварительный подогреватель 32 отключен. При заполнении пароводонагревателя 1 холодной водой вентиль 29 перекрывается. Контроль над уровнем воды в пароводонагревателе осуществляется по водомерной колонке 22. Нагрев воды осуществляется блоком нагревателей 5 в полном объеме до заданной температуры, контролируемой датчиком 27. Разбор горячей воды происходит путем открытия вентиля 29 методом перелива. Эти циклы нагрева и разбора воды при необходимости повторяются. При этом вентиль разбора горячей воды 20 должен быть все время обязательно открыт. In the hot water mode, the water heater 1 is filled with water through open valves 29, 30, 38 through pipelines 28, 31, 34. The electromagnetic valve 26 is closed, the pre-heater 32 is turned off. When filling the steam heater 1 with cold water, the valve 29 is closed. Control over the water level in the steam heater is carried out by the water meter column 22. Water is heated by the block of heaters 5 in full to a predetermined temperature controlled by the sensor 27. Hot water is disassembled by opening the valve 29 by the overflow method. These cycles of heating and water analysis are repeated if necessary. At the same time, the hot water analysis valve 20 must always be open all the time.

Конструкция установки позволяет ей работать по принципу проточного водонагревателя, когда разбор горячей воды производится вытеснением нагретой вновь постоянно поступающей холодной по байпасной линии 31, а температура нагрева воды регулируется степенью открытия вентиля 29 на трубопроводе холодной воды и контролируется визуально с помощью указателя температуры 19. The design of the installation allows it to work on the principle of a flowing water heater, when the hot water is disassembled by displacing the heated fresh constantly incoming cold bypass line 31, and the water heating temperature is controlled by the degree of opening of valve 29 on the cold water pipeline and is visually controlled using a temperature gauge 19.

Электрический пароводонагреватель имеет также аварийный датчик 23 уровня воды для отключения нагревательных элементов 5 в любом режиме (паровом, водогрейном) при понижении уровня воды ниже допустимого или при полном отсутствии воды в пароводонагревателе 1. The electric steam heater also has an emergency water level sensor 23 for turning off the heating elements 5 in any mode (steam, hot water) when the water level drops below the permissible level or in the complete absence of water in the steam heater 1.

Claims

An electric steam heater containing a preheater connected by a pipeline to a steam heater, including a tank for heating water and generating saturated steam, a mechanical separator, a superheater, a pipe for selecting heat carriers, and using tubular electric heaters as heating elements, at the same time equipped with instrumentation and shut-off equipment, and also automatic control elements, characterized in that the capacity of heating the water and the formation of pumps steam and an electric superheater are located in a single heat-insulated casing, and the electric superheater is located in the upper part of the casing and is made as a separate removable section and contains two plates, upper and lower, with guides, while the upper plate has a hole in the center for the removal of superheated steam (water), and the bottom plate is installed above the separator and has two diametrically located holes on the edges for the passage of steam (water) entering the adjacent sec overheating of steam and moving along the guides of the upper and lower plates and surfaces of finned tubular heaters installed between the plates and the guides, moreover, the tubular electric heaters of the water heating tank and the formation of saturated steam of a steam heater over the entire active surface are coated with a layer of porous metal, for example, copper, 0.3 - 0.5 mm.